板塊二無機(jī)化學(xué)工藝流程

板塊二無機(jī)化學(xué)工藝流程N(yùn)O.4“測”限時檢測——測速度,測準(zhǔn)度,查漏補(bǔ)缺!1.(2021·安徽師大附中模擬)鉻鐵礦石的主要成分為亞鉻酸亞鐵(FeCr2O4),還含有SiO2及少量難溶于水和堿溶液的雜質(zhì)。鉻及其化合物在化工上用途廣泛,由鉻鐵礦石制備重要化工原料重鉻酸鉀(K2Cr2O7)的工藝流程如圖所示:已知:鉻鐵礦堿熔后轉(zhuǎn)化為Na2CrO4和NaFeO2。回答下列問題:(1)為了加快礦石堿熔速率,可以采取的措施有(任寫一種)等。(2)堿熔反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為。(3)“水浸”時,濾渣A為紅褐色沉淀,NaFeO2水解的離子方程式為

。

(4)“調(diào)pH”時,氣體X循環(huán)利用,X的化學(xué)式為,濾渣B的主要成分為。

(5)“鉻轉(zhuǎn)化”時,若鹽酸濃度過大或用量過多,會使產(chǎn)品中含有Cr(Ⅲ),既影響產(chǎn)品的純度,又產(chǎn)生有毒氣體污染環(huán)境,寫出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式:

。(6)加入KCl固體后,體系中物質(zhì)的溶解度如圖所示,“一系列操作”包括蒸發(fā)濃縮、(填“冷卻結(jié)晶過濾”或“趁熱過濾”)、洗滌、干燥得到K2Cr2O7晶體。蒸發(fā)濃縮時的最佳溫度為(填“50℃”或“100℃”)。

通過整個工藝流程來看,鉻鐵礦與氧氣、碳酸鈉一起加熱反應(yīng),碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳,堿熔后的產(chǎn)物遇到水,水解生成氫氧化鐵沉淀,過濾后往濾液A中通入二氧化碳?xì)怏w調(diào)節(jié)pH,同時除去溶液中的硅酸根離子和氫氧根離子,再次過濾,往濾液B中加入鹽酸使鉻轉(zhuǎn)化,最后加氯化鉀固體,生成重鉻酸鉀。(1)加快礦石堿熔速率,對于固體來說,可以把固體粉碎,增大反應(yīng)的接觸面積。(2)根據(jù)堿熔前后物質(zhì)的成分分析,氧化劑是氧氣,還原劑是FeCr2O4,氧化產(chǎn)物是Na2CrO4和NaFeO2,還原劑中鐵元素從+2價升高到+3價,鉻元素由+3價升高到+6價,總共升高了7價,氧氣中氧元素的化合價從0價降到2價,總共降了4價,氧化劑和還原劑的化合價升降相等,所以兩者的關(guān)系是7O2～4FeCr2O4,則堿熔反應(yīng)中氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為7∶4。(3)“水浸”時,NaFeO2遇水劇烈水解,有紅褐色沉淀產(chǎn)生,紅褐色沉淀是氫氧化鐵,所以NaFeO2水解的離子方程式為FeO2-+2H2Fe(OH)3↓+OH。(4)根據(jù)堿熔時,加碳酸鈉固體,可斷定產(chǎn)生的氣體X為二氧化碳,濾液A中主要含有Cr2O7(5)“鉻轉(zhuǎn)化”時,若鹽酸濃度過大或用量過多,會使產(chǎn)品中含有Cr(Ⅲ),產(chǎn)生有毒氣體污染環(huán)境,可知氯離子被氧化成了氯氣,所以相關(guān)反應(yīng)的離子方程式為Cr2O72-+14H++6Cl2Cr3++3Cl2↑+7H(6)由于K2Cr2O7的溶解度比Na2Cr2O7的小,且隨溫度的降低明顯減小,應(yīng)該冷卻結(jié)晶析出沉淀,并將其過濾出來,洗滌干燥。由圖像可知,在50℃時比在100℃時得到的K2Cr2O7晶體要多,所以蒸發(fā)濃縮時的最佳溫度為50℃。(1)將鉻鐵礦和碳酸鈉固體粉碎(合理即可)(2)7∶4(3)FeO2-+2H2OFe(OH)3(4)CO2H2SiO3(5)Cr2O72-+14H++6Cl2Cr3++3Cl2↑+7H(6)冷卻結(jié)晶過濾50℃2.(2021·河南洛陽三模)金屬鈦(Ti)因其硬度大、熔點高,常溫時耐酸、堿腐蝕而被廣泛用作高新科技材料。以鈦鐵礦(主要成分為鈦酸亞鐵)為主要原料冶煉金屬鈦同時獲得副產(chǎn)品甲的工業(yè)生產(chǎn)流程如圖所示。請回答下列問題:(1)鈦酸亞鐵(用R表示)與碳在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為2R+C2Fe+2TiO2+CO2↑,鈦酸亞鐵中鈦元素的化合價為,鈦酸亞鐵和濃H2SO4反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO4,反應(yīng)中無氣體生成,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(2)上述生產(chǎn)流程中加入鐵屑的目的是。(3)此時溶液Ⅰ中含有Fe2+、TiO2+和少量Mg2+等陽離子,常溫下,其對應(yīng)氫氧化物的Ksp如表所示。氫氧化物Fe(OH)2TiO(OH)2Mg(OH)2Ksp8.0×10161.0×10291.8×1011①常溫下,若所得溶液中Mg2+的物質(zhì)的量濃度為0.18mol·L1,當(dāng)溶液的pH等于時,Mg(OH)2開始沉淀。②若將含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀釋,立即析出大量白色沉淀,該反應(yīng)的離子方程式為

。③溶液Ⅰ經(jīng)冷卻、結(jié)晶、過濾,得到的副產(chǎn)物甲是,過濾需要的主要玻璃儀器是。(4)Mg還原TiCl4的過程必須在1070K的溫度下進(jìn)行,你認(rèn)為還應(yīng)該控制的反應(yīng)條件是。(5)除去所得金屬鈦中少量的金屬鎂可用的試劑是。向鈦鐵礦(主要成分為鈦酸亞鐵)中加濃硫酸使其轉(zhuǎn)化為可溶性的硫酸亞鐵等;然后加水和鐵屑除消耗多余的氫離子外還可防止亞鐵離子被氧化成鐵離子;沉降分離后得到TiOSO4以及硫酸亞鐵的混合溶液,然后冷卻、結(jié)晶、過濾得到硫酸亞鐵晶體和溶液Ⅱ,向溶液Ⅱ中加水并加熱過濾得到鈦酸和回收硫酸;將鈦酸煅燒得到二氧化鈦,二氧化鈦在高溫條件下與焦炭和氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦,四氯化鈦與鎂在高溫下反應(yīng)生成鈦單質(zhì)。(1)根據(jù)2R+C2Fe+2TiO2+CO2↑以及原子守恒,可得鈦酸亞鐵的化學(xué)式為FeTiO3,根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為0,可得FeTiO3中Ti的化合價為+4;鈦酸亞鐵和濃H2SO4反應(yīng)的產(chǎn)物之一是TiOSO4,反應(yīng)中無氣體生成,則該反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng),則其化學(xué)方程式為FeTiO3+2H2SO4(濃)TiOSO4+FeSO4+2H2O。(2)加鐵屑的主要目的是防止亞鐵離子被氧化。(3)①常溫下,c(Mg2+)=0.18mol·L1,Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH)=1.8×1011,則c(OH)=1.8×10-110.18mol·L1=1.0×105mol·L1,則pH=9。②若將含有Fe2+、TiO2+和Mg2+的溶液加水稀釋,立即析出大量白色沉淀,結(jié)合表中Ksp數(shù)據(jù)可知TiO(OH)2的Ksp最小,則所得該白色沉淀為氫氧化氧鈦,則該反應(yīng)的離子方程式為TiO2++2H2OTiO(OH)2↓+2H+或TiO2++2H2OH2TiO3↓+2H+(4)Mg為活潑金屬,容易被氧氣氧化,所以Mg還原TiCl4的過程除必須在1070K的溫度下進(jìn)行外,還應(yīng)隔絕空氣。(5)金屬鈦常溫時耐酸、堿腐蝕,所以除去所得金屬鈦中少量的金屬鎂可用的試劑為稀硫酸或稀鹽酸。(1)+4FeTiO3+2H2SO4(濃)TiOSO4+FeSO4+2H2O(2)防止Fe2+被氧化(3)①9②TiO2++2H2OTiO(OH)2↓+2H+(或TiO2++2H2OH2TiO3↓+2H+)③FeSO4·7H2O燒杯、漏斗、玻璃棒(4)隔絕空氣(5)稀鹽酸(或稀硫酸)3.(2021·江西重點中學(xué)聯(lián)考)廢棄鋰離子電池的資源化處理日益重要。從廢舊磷酸鐵鋰電池的正極材料(含LiFePO4、石墨粉和鋁箔等)中綜合回收鋰、鐵和磷等的工藝流程如圖所示:有關(guān)數(shù)據(jù):25℃時,Ksp(FePO4)=1.3×1022、Ksp[Fe(OH)2]=2.6×1039。回答下列問題:(1)為加速“溶浸1”,可采取的措施有、。(2)寫出流程中標(biāo)識的氣體足量時和濾液1反應(yīng)生成Al(OH)3的離子方程式:。(3)已知“溶浸2”中,溶液中P元素以H2PO4-產(chǎn)物形式存在,寫出該反應(yīng)的離子方程式:

?！叭芙?”適當(dāng)?shù)纳郎乜杉涌旆磻?yīng)速率,但一般不采取高溫法,因為(4)“濾液2”循環(huán)兩次的目的是。(5)“沉鐵、磷”時,析出FePO4沉淀,反應(yīng)的離子方程式為。實驗中,鐵、磷的沉淀率結(jié)果如圖所示。碳酸鈉濃度大于30%后,鐵沉淀率仍然升高,磷沉淀率明顯降低,用平衡移動原理解釋其可能原因是

。由流程可知,溶浸1中發(fā)生反應(yīng)2Al+2OH+2H2O2AlO2-+3H2↑;濾液1中通入二氧化碳生成氫氧化鋁;溶浸2中發(fā)生反應(yīng)2LiFePO4+H2O2+6H+2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2O,過濾分離出的濾渣2為石墨;濾液2循環(huán)兩次可提高浸出液濃度(或提高過氧化氫和硫酸的利用率);濾液2中加碳酸鈉溶液發(fā)生反應(yīng)Fe3++H2PO4-+CO32-FePO4↓+CO2↑+H2O,再加入飽和X溶液沉鋰;沉淀轉(zhuǎn)化時發(fā)生反應(yīng)FePO4PO4(1)根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,為加速“溶浸1”,可采取的措施有升高溫度、增大氫氧化鈉濃度、攪拌、粉碎廢舊電池等。(2)濾液1中通入足量二氧化碳生成氫氧化鋁,反應(yīng)的離子方程式為AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO(3)“溶浸2”中,溶液中P元素以H2PO4-產(chǎn)物形式存在,LiFePO4與過量硫酸進(jìn)行酸溶,同時加入過氧化氫,將亞鐵離子氧化為三價鐵,反應(yīng)的離子方程式為2LiFePO4+H2O2+6H+2Li++2Fe3++2H2PO4-(4)“濾液2”循環(huán)兩次可以提高浸岀液的濃度(或提高過氧化氫和硫酸的利用率)。(5)“沉鐵、磷”時,析出FePO4沉淀,反應(yīng)的離子方程式為Fe3++H2PO4-+CO32-FePO4↓+CO2↑+H2O;根據(jù)鐵、磷的沉淀率實驗結(jié)果圖,碳酸鈉濃度大于30%后,鐵沉淀率仍然升高,但磷沉淀率明顯降低,可能是Na2CO3水解產(chǎn)生的c(OH)增大,與Fe3+結(jié)合生成Fe(OH)3沉淀,FePO4+3OHFe(OH)3+PO(1)升高溫度增大氫氧化鈉濃度(或攪拌、粉碎廢舊電池等)(2)AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO(3)2LiFePO4+H2O2+6H+2Li++2Fe3++2H2PO4-+2H2(4)提高浸出液的濃度(或提高過氧化氫和硫酸的利用率等)(5)Fe3++H2PO4-+CO32-FePO4↓+CO2↑+H2O碳酸鈉濃度大于30%,其水解產(chǎn)生的c(OH)增大,使得FePO4+3OHFe(OH)3+PO4.(2021·四川成都三模)鎳氫電池有著廣泛的應(yīng)用,舊電池的回收和再利用同樣的重要。廢舊鎳氫電池中常含有NiOOH、Ni(OH)2及少量Co(OH)2、FeO等,以下為金屬分離以及鎳的回收流程,按要求回答下列問題:(1)N2H4的電子式是;“酸浸”中,加入N2H4的主要作用是

。(2)“氧化”過程中與Fe2+有關(guān)的離子方程式是

,濾渣1主要成分是弱堿,其化學(xué)式是。(3)已知Ksp[Co(OH)3]=8.0×1044,當(dāng)三價鈷沉淀完全時,溶液pH=(已知lg2=0.3)。

(4)濾液A的主要溶質(zhì)是;操作X是。(5)用滴定法測定NiCO3產(chǎn)品中鎳元素含量。取2.500g樣品,酸溶后配成250mL溶液,取20.00mL于錐形瓶中進(jìn)行滴定,滴入幾滴紫脲酸胺指示劑,用濃度為0.1000mol/L的Na2H2Y溶液進(jìn)行滴定。已知:ⅰNi2++H2Y2[NiY]2+2H+;ⅱ紫脲酸胺為紫色試劑,遇Ni2+顯橙黃色。①滴定終點的現(xiàn)象是

。②如果紫脲酸胺滴入過多,終點延遲,則會導(dǎo)致

。廢舊鎳氫電池中常含有NiOOH、Ni(OH)2及少量Co(OH)2、FeO等,向混合物中加入鹽酸,生成Ni3+、Ni2+、Co2+、Fe2+,再向溶液中加入N2H4還原Ni3+,然后加入H2O2氧化Fe2+,向溶液中加入Na2CO3調(diào)溶液pH使Fe3+以Fe(OH)3形式沉淀,過濾后向濾液中加入NaClO氧化Co2+生成Co3+,Co3+與溶液中的Na2CO3發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成Co(OH)3,過濾后向濾液中加入Na2CO3與Ni2+發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NiCO3。(1)N2H4可理解為NH3中1個H原子被—NH2“替換”后的物質(zhì),其電子式為;“酸浸”中,加入N2H4的主要作用是還原Ni(Ⅲ)為Ni2+,避免后續(xù)除雜過程中生成Ni(OH)3,導(dǎo)致NiCO3產(chǎn)率降低。(2)“氧化”過程中H2O2與Fe2+反應(yīng)時,H2O2中O元素化合價由1降低至2,Fe元素化合價由+2升高至+3,此時溶液呈酸性,根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價升降守恒、電荷守恒和原子守恒,可知反應(yīng)的離子方程式為2H++H2O2+2Fe2+2Fe3++2H2O;由上述分析可知,濾渣1主要成分是Fe(OH)3。(3)當(dāng)三價鈷沉淀完全時,溶液中c(Co3+)=1×105mol/L,此時溶液中c(OH)=3Ksp[Co(OH)3]c(Co3+)=(4)第二次加入Na2CO3后,溶液中陽離子主要是Na+,溶液中陰離子為NaClO還原后生成的Cl,因此濾液A中主要溶質(zhì)為NaCl;操作X為固液分離操作,因此操作X為過濾。(5)①當(dāng)Na2H2Y與Ni2+完全反應(yīng)后,溶液中無Ni2+,因此溶液由橙黃色變?yōu)樽仙?故滴定終點現(xiàn)象為滴入最后半滴標(biāo)準(zhǔn)液,溶液恰好由橙黃色變?yōu)樽仙?0s不變色;②如果紫脲酸胺滴入過多,終點延遲,則會導(dǎo)致部分Na2H2Y并未參加反應(yīng),使得最終測得的Ni含量偏高。(1)還原Ni(Ⅲ)為Ni2+(2)2H++H2O2+2Fe2+2Fe3++2H2OFe(OH)3(3)1.3(4)NaCl過濾(5)①滴入最后半滴標(biāo)準(zhǔn)液,溶液恰好由橙黃色變?yōu)樽仙?0s不變色②測得的Ni含量偏高5.(2021·四川內(nèi)江三模)某科研小組以平板液晶顯示屏生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢玻璃粉末(含CeO2、SiO2、Fe2O3等)為原料回收Ce(鈰)的流程如圖所示:已知:CeO2具有強(qiáng)氧化性,通常情況下不與常見的無機(jī)酸反應(yīng)?；卮鹣铝袉栴}:(1)為了加快廢玻璃粉末的酸浸速率,通常采用的方法有(寫兩種)。(2)操作①和②均為(填名稱);在中加入KSCN溶液顯紅色。(3)寫出加入H2O2作還原劑時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:;操作③在加熱的條件下通入HCl的作用是。(4)當(dāng)加入堿調(diào)節(jié)溶液的pH=時,Ce(OH)3懸濁液中c(Ce3+)=8×106mol/L。[已知:25℃時,Ce(OH)3的Ksp=8×1021]

(5)對CeCl3樣品純度進(jìn)行測定的方法:準(zhǔn)確稱量樣品62.50g,配成1000mL溶液,取50.00mL上述溶液置于錐形瓶中,加入稍過量的過二硫酸銨[(NH4)2S2O8]溶液使Ce3+被氧化為Ce4+,然后用萃取劑萃取Ce4+,再用1mol/LFeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點,重復(fù)2～3次,平均消耗10.00mL標(biāo)準(zhǔn)液。①寫出滴定過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式: